与气态巨行星的多卫星系统不同，火星仅有两颗小型天然卫星：火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）。这两颗不规则天体于1877年由阿萨夫·霍尔（Asaph Hall，1829–1907）在华盛顿海军天文台发现，自此便令行星科学家困惑不已。它们的尺寸分别为27×22×18公里和15×12×10公里，其形态更似小行星，而非通过吸积作用在行星周围形成的"经典"卫星。
| 参数 | 火卫一 | 火卫二 | 比较 |
|---|---|---|---|
| 尺寸（公里） | 27.0 × 21.6 × 18.8 | 15.0 × 12.2 × 10.4 | 火卫二的体积是火卫一的2.7倍。 |
| 质量（×10¹⁵千克） | 10.659 | 1.476 | 火卫一的质量是火卫二的7.2倍 |
| 密度（克/立方厘米） | 1.876 ± 0.020 | 1.471 ± 0.030 | 火卫一的密度高出27%——表明其成分不同 |
| 距离火星（公里） | 9,376（距地表6,000公里） | 23,460 | 火卫二的距离是2.5倍远 |
| 轨道周期 | 7小时39分14秒 | 30小时18分43秒 | 火卫一在一个火星日内完成3次轨道运行。 |
| 自转周期 | 7小时39分14秒（同步） | 30小时18分43秒（同步） | 两颗卫星总是以同一面朝向火星。 |
| 反照率 | 0.071 | 0.068 | 非常暗的表面，类似于D型小行星 |
| 地表温度 | -4°C 至 -112°C | -40°C 至 -130°C | 由于靠近火星，火卫一的温度略高。 |
| 表面重力（米/秒²） | 0.0057 | 0.003 | 一个70公斤重的人在火卫一上大约重400克。 |
| 逃逸速度（米/秒） | 11.39 | 5.56 | 一次有力的跳跃可能会将宇航员从火卫二上弹射出去。 |
| 主弹坑 | 斯蒂克尼陨石坑（9公里，占直径的40%） | 无主陨石坑（最大直径2.3公里） | 斯蒂克尼撞击几乎摧毁了火卫一 |
| 假定组成 | 碳质岩石与风化层混合物（厚度100–200米） | 类似，但含有更多水合材料 | 光谱类似于D/T型小行星 |
| 未来命运 | 在3000万至5000万年内因潮汐力作用而解体 | 缓慢逃离火星轨道 | 火卫一将在火星周围形成一个环 |
火星卫星的研究已经取得了几个关键里程碑：
这些卫星所发挥的科学作用远超其体积所暗示的：
他们的研究可能解开几个谜团：
正如MMX项目科学家臼井智宏（1975年生）所解释的那样：“火卫一是一个时间胶囊，既保存了原始的太阳系物质，又收集了数十亿年来陨石撞击抛出的火星尘埃。”
火卫一的命运尤为戏剧性。本杰明·布莱克（1983–）和图沙尔·米塔尔（1989–）（加州大学伯克利分校，2023年）的计算表明：
这一灾难性情景为实时研究行星环的形成提供了独特机会——这一过程在太阳系中从未被观测到过。
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