Phobos heeft het uiterlijk en de grootte van een asteroïde met een dimensie : : 27 x 21.6 x 18.8 km, wat overeenkomt met een straal van 11km. Het oppervlak van Phobos is zeer donker en bevat vele kraters van verschillende dimensies. De belangrijkste, Stickney, (diameter van 10 km) heeft waarschijnlijk voor een herverdeling van massas in Phobos gezorgd. Deimos is een beetje kleiner dan Phobos (dimensie van 15 x 12.2 x 11 km), maar zijn uiterlijk en vorm doen ook denken aan die van een asteroïde.

De Viking missies en vooral de missie Phobos 2 zorgden voor meetresultaten van het spectrum van het licht van de zon dat gereflecteerd wordt door de oppervlakte van die twee manen. De wetenschappers hebben gevonden dat deze spectra gelijkenissen vertonen met de spectra van de oppervlaktes van enkele asteroïden. Toch zijn deze spectrale metingen niet bepalend genoeg om de exacte samenstelling van de oppervlakte van Phobos en Deimos (en door extrapolatie die van hun binnenkant) te bepalen. Het materiaal dat deze twee manen bevat leunt aan bij de rotsen die het oppervlak van Mars bevatten.

De twee manen van Mars leggen een cirkelvormig traject af in het evenaarsvlak van Mars, maar op verschillende afstanden: Phobos bevindt zich op 5987 km van het oppervlak, terwijl Deimos verder verwijderd is (20059 km). In het zonnestelsel bevat geen enkele planeet natuurlijke satellieten die zo fel in de nabijheid zijn van hun planeet als Phobos is van Mars.

Phobos die zich het kortste bij Mars bevindt, wentelt éénmaal rond Mars in 7 uur en 39 minuten en Deimos in 30 uur en 18 minuten.

De trajecten van Phobos en Deimos hangen af van het gravitatieveld van de planeet Mars. Dit veld kan verschillende waarden aannemen in functie van de plaats van de oppervlakte en het varieert in de loop van de tijd. Deze tijdelijke variaties worden op verschillende schalen geobserveerd. De belangrijkste zijn seizoensgebonden, want de waarden van het gravitatieveld hangen af van het aandeel CO2 dat aanwezig is in de atmosfeer en gevangen wordt gehouden in de poolkappen. Ongeveer één vierde van de atmosfeer neemt deel aan dit seizoensgebonden sublimatie- en condensatieprocces van CO2.

In het traject van de martiaanse manen neemt men ook dagelijkse variaties, semi-dagelijkse en van langere periodes waar. Deze worden veroorzaakt door de getijden, die op hun beurt veroorzaakt worden door de zon: net zoals bij de Aarde vervormt Mars een beetje ten gevolge van de gravitationele aantrekkingskracht van de zon. Deze vervormingen veroorzaken een lichte herverdeling van massa's in Mars, wat het gravitatieveld van de planeet licht verandert. Deze verandering van het gravitatieveld beïnvloedt de trajecten van de martiaanse manen.Dit controleert de evolutie op lange termijn van de banen en de martiaanse manen rondom hun moederplaneet Mars. Men voorspelt dus dat Phobos naar Mars toe nadert met zo'n 20 meter per eeuw en dat ze binnen 40 miljoen jaar zou neerstorten op het martiaanse oppervlak, of dat ze zou breken onder invloed van deze getijdenkracht vooraleer ze het oppervlak bereikt. Deimos in tegenstelling, verwijdert zich met ongeveer 2 milimeter per jaar van Mars, zoals de maan zich verwijdert van de Aarde met 3.8 centimeter per jaar.

Phobos (Afbeelding van Mars Express)	Deimos (krediet : NASA)

Het hoofddoel van de studie van Phobos, door het instrument van radio-science aan boord van Mars Express, is het nauwkeurig bepalen van de massa van deze planeet en later de verdeling van massa's in Phobos.

De Viking orbiters en Phobos 2 hebben voor een eerste keer de massa van Phobos kunnen bepalen door de afwijking van het traject van de ruimtetuigen te evalueren in de nabijheid van Phobos. Zo'n 17 doortochten van 5 minuten werden verwezenlijkt, met een afstand van 100 à 300 km tussen het tuig en Phobos. Er werd één vlucht op een afstand van slechts 30 km in de nabijheid van Deimos verwezenlijkt. Mars Express is op dit moment het enige tuig in een baan rond Mars dat in staat is om in de nabijheid van Phobos te vliegen.

Dit is een animatie die de afwijking van het traject van een ruimtetuig bij zijn doortocht in de nabijheid van een maan van Mars illustreert.

Vanaf de Viking missies of Phobos 2, is de technologie verbeterd en zijn de metingen van de Dopplerafwijkingen die geleverd worden door Mars Express 10 maal nauwkeuriger dan diegene die geleverd werden door vorige ruimtetuigen. Het is dus mogelijk om de beste meetresultaten ooit te krijgen voor het bepalen van de massa van Phobos door de interpretatie van de Dopplergegevens van het tuig Mars Express bij een doortocht in de nabijheid van Phobos

Daarnaast is de bepaling van de massa en de nauwkeurige bepaling van de volume van Phobos ook een doel van de missie Mars Express. Voor de berekening van het volume is het nodig om precies zijn vorm te kennen. De stereoscopische camera (HRSC), aan boord van Mars Express, zal beelden in 3D leveren van heel het oppervlak van Phobos met een nooit geziene resolutie.

Het samenbrengen van radio-science gegevens voor de massa en van de gegevens van de stereoscopische camera voor volume zal de mogelijkheid bieden om nauwkeurig de gemiddelde dichtheid van Phobos te berekenen. Deze dichtheid wordt vandaag geschat op 1.85 gr/cm3 met een nauwkeurigheid van 3.2%, wat duidelijk minder dicht is dan de rotsen op het oppervlak van Mars (geschat tussen 2.7 en 3.3 gr/cm3). De gemiddelde dichtheid van Deimos wordt geschat op 1.65 gr/cm3 met een nauwkeurigheid van maar 17%. Deze zwakke dichtheden sluiten zich aan bij die van sommige asteroïden van het zonnestelsel en sluiten dus aan bij de hypothese dat Phobos en Deimos asteroïden zouden zijn, die als het ware gevangen worden gehouden door de gravitationele aantrekking van Mars en dus niet van Mars zelf zouden komen.

De nauwkeurigheid waarmee de gemiddelde dichtheid van Phobos is gekend laat niet toe om de plaats van de asteroïden in het zonnestelsel nauwkeurig te identificeren. Op een alternatieve manier, kan deze zwakke dichtheid van Phobos en Deimos ook verklaard worden door de aanwezigheid van lichte elementen in deze lichamen, zoals waterijs of lege ruimtes tussen de blokken van het materiaal waaruit de lichamen samengesteld zijn. Pobos en Deimos kunnen dus zoals asteroïden gevormd zijn uit een aggregaat van materialen en niet uit een monoliet van gemengd rots en ijs. De nieuwe, meest nauwkeurige, gegevens van Mars Express zullen nieuwe elementen leveren om deze vraag op te helderen.

Door een maximum aantal gegevens over Phobos te verzamelen, zullen wetenschappers zijn origine en evolutie proberen te bepalen. Als men kan bewijzen dat Phobos een zekere verwantschap heeft met asteroïden (zijn dichtheid, mineralogische samenstelling...), zullen de wetenschappers de studie van asteroïden kunnen verdiepen aan de hand van de manen van Mars.

Onrechtstreeks zal informatie over dhet inwendige van Mars parallel verkregen kunnen worden aangezien het traject van Phobos afhangt van het gravitatieveld van Mars.

Een Russische missie genaamd Phobos-Grunt is op dit moment in ontwikkeling. Uitleg over de doelen van deze missie gepland voor eind 2011 en animaties zijn op de educatieve site van de sectie.