火卫一是火星两颗卫星中较大的一颗，是一个颜色暗淡、表面凹凸不平的天体，沿最长轴测量长约 27 千米。它每天绕火星转三圈，由于距离火星太近，在火星表面的某些地方根本看不到它。

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火卫一并不是圆球形的：NASA 将它的三个尺寸描述为约 27×22×18 千米，分别是沿三条互相垂直的轴线测得的长、宽、厚。NASA 的火星资料表给出的数字略有不同，因为该资料表把火卫一当作一个椭球体——一种表面光滑、被拉长的球体——来处理，给出的数字是 26.0×22.8×18.2 千米。

据 NASA 喷气推进实验室计算，一个与火卫一体积相同的球体，直径约为 22.2 千米。和地球的月球一样，火卫一始终以同一面朝向所环绕的行星，它最长的那根轴线指向火星。

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火卫一在距火星表面约 6000 千米的轨道上运行，每 7 小时 39 分钟绕火星一周，相当于一个地球日绕行约三圈。

它的轨道正在缓慢收缩。NASA 报告称，火卫一每一百年就会向火星靠近约 1.8 米。NASA 预计，大约 5000 万年后，它要么撞上火星，要么解体形成一圈环带。

一次巨大的撞击险些把火卫一撞碎，此后又有成千上万次较小的撞击在它表面留下了坑洞。其中最显著的是斯蒂克尼陨石坑，直径约 9 千米，相当于这颗卫星长度的三分之一，得名于数学家克洛伊·安吉琳·斯蒂克尼·霍尔。

无数次小型撞击把表面砸成了细密的尘土，这很可能就是火卫一散热如此之快的原因。向阳面的温度约为零下 4 摄氏度，背阳面则会降到零下 112 摄氏度。

克洛伊·斯蒂克尼·霍尔的丈夫、天文学家阿萨夫·霍尔于 1877 年 8 月 17 日发现了火卫一。他以阿瑞斯之子的名字为它命名——阿瑞斯是罗马战神玛尔斯在希腊神话中的对应神祇。“Phobos”一词的意思是“恐惧”。

和火卫二一样，火卫一看起来是由类似富碳小行星的暗色岩石构成的。它可能是被火星捕获的一颗小行星，不过也有一些科学家找到了与这一说法相悖的证据。