Ảnh dựng từ ba bức ảnh do Viking 1 chụp ngày 19 tháng 10 năm 1978. Miệng núi lửa lớn (đa phần màu đen) trên phía trái hình là Stickney

Phobos là một vật thể tối có vẻ được cấu thành từ các vật liệu bề mặt carbonaceous. Nó giống với các tiểu hành tinh kiểu C. Tuy nhiên, mật độ của Phobos quá thấp nên không thể là toàn đá, và vì thế nó có độ xốp khá lớn.[12]

Tàu vũ trụ Phobos 2 của Liên bang xô viết đã thông báo về một sự phun trào khí nhẹ nhưng ổn định trên Phobos. Phobos 2 đã hỏng trước khi nó có thể xác định trạng thái vật liệu vệ tinh này. Những hình ảnh gần đây từ Mars Global Surveyor cho thấy Phobos được bao phủ bởi một lớp regolith mịn với độ dày ít nhất hàng mét.

Miệng hố Stickney trên Phobos
ảnh chụp bởi Mars Reconnaissance Orbiter 23/3/2008

Phobos không có hình cầu, các kích thước là 27 × 21.6 × 18.8 km. Nó có nhiều miệng núi lửa và đặc điểm nổi bật nhất của bề mặt là một miệng núi lửa lớn tên gọi Stickney, theo tên thời con gái của vợ Asaph Hall là Chloe Angeline Stickney Hall. Giống như miệng núi lửa Herschel trên Mimas với tỷ lệ nhỏ hơn, vụ va chạm tạo ra Stickney hầu như đã làm tan vỡ Phobos. Những đường rãnh và vệt trên bề mặt có thể cũng được tạo ra bởi vụ va chạm Stickney. Các đường rãnh nói chung chưa tới 30 m chiều sâu, 100 – 200 m rộng, và kéo dài tới 20 km.

Thiên thạch Kaidun duy nhất được cho là một mảnh của Phobos, nhưng rất khó xác định chắc chắn điều này bởi vì chúng ta hiện biết rất ít về thành phần chi tiết của vệ tinh đó.

Nguồn gốc

Phobos lướt ngang Mặt trời, như quan sát của Mars Rover Opportunity

Phobos và Deimos đều có đặc điểm chung là các tiểu hành tinh (kiểu C)[13] có thành phần các bon, với mật độ, quang phổ, và albedo đặc trưng cho những tiểu hành tinh thuộc kiểu đó. Điều này khiến nảy sinh giả thuyết cho rằng cả hai vệ tinh đều đã bị bắt cóc vào trong quỹ đạo Sao Hỏa từ bên trong Vành đai tiểu hành tinh. Tuy nhiên, cả hai vệ tinh đều có quỹ đạo rất tròn và hầu như nằm chính xác trên mặt phẳng xích đạo Sao Hoả, trong khi những vệ tinh bị bắt cóc thường có quỹ đạo lệch tâm và có độ nghiêng ngẫu nhiên. Một số bằng chứng cho thấy rằng Sao Hỏa trước kia từng được bao quanh bởi rất nhiều vệ tinh cỡ Phobos và Deimos, có lẽ đã rơi vào quỹ đạo hành tinh này sau một vụ va chạm với một planetesimal lớn.[14]

Giả thuyết "Phobos rỗng"

Quả địa cầu của Phobos tại Bảo tàng tưởng niệm của Astronautics ở Moskva (19 tháng 5 năm 2012).

Khoảng năm 1958, nhà vật lý học thiên thể người Nga Iosif Samuilovich Shklovsky, khi nghiên cứu sự giảm gia tốc (secular acceleration) chuyển động quỹ đạo của Phobos, đã đề xuất rằng vệ tinh này là một cấu trúc được làm bằng "tấm kim loại mỏng", một ý kiến dẫn tới những suy đoán cho rằng Phobos có nguồn gốc nhân tạo. Shklovsky đã dựa trên những phân tích các ước tính mật độ phía trên khí quyển Sao Hỏa của ông và cho rằng hiệu ứng hãm nhẹ gia tốc chuyển động của Phobos chỉ có thể được giải thích bởi trọng lượng rất nhẹ của nó —một tính toán cho thấy đây là một vật thể kim loại chiều dài 16 km nhưng dày chưa tới 6 cm.[15]

Tuy nhiên, trong một bức thư vào tháng 2 năm 1960 gửi tờ báo Astronautics,[16] Siegfried Frederick Singer, khi ấy là cố vấn khoa học cho Tổng thống Eisenhower, bày tỏ sự ủng hộ lý thuyết của Shklovsky và còn đi xa hơn khi cho rằng "mục đích [của Phobos] có thể là quét sạch bức xạ trong khí quyển Sao Hoả, nhờ thế những cư dân Sao Hỏa có thể hoạt động một cách an toàn xung quanh hành tinh của mình". Vài năm sau, năm 1963, Raymond H. Wilson Jr., người phụ trách Toán học ứng dụng tại NASA, dường như đã thông báo với Viện khoa học vũ trụ rằng "Phobos có thể là một căn cứ khổng lồ bay xung quanh Sao Hoả", và rằng chính NASA cũng đang cân nhắc khả năng đó.

Trong khi có nhiều lý thuyết tìm cách giải thích sự giảm gia tốc của Phobos, chính sự sụt giảm này (tương đương việc mất độ cao khoảng 5 cm mỗi năm) sau này đã là chủ đề gây nghi ngờ,[17] và vấn đề đã bị loại trừ năm 1969.[18] Trong bất kỳ trường hợp nào, mật độ đo được của Phobos trái ngược với giả thuyết nó trống rỗng.

Những lời tuyên bố tương tự về "Mặt Trăng rỗng" và "Trái Đất rỗng" cũng từng được đưa ra, không một lý thuyết nào trong số chúng đưa ra được bằng chứng xác thực.

Hố thiên thạch

Một số các hố thiên thạch được đặt tên của Phobos. C = Clustril; D = Drunlo; F = Flimnap; L = Limtoc; R = Reldresal; S = Stickney; Sk = Skyresh. C = Clustril; D = Drunlo; F = Flimnap; L = Limtoc; R = Reldresal; S = Stickney; Sk = Skyresh.

Các địa điểm về đặc điểm địa chất của Phobos được đặt tên bởi nhà thiên văn học đã nghiên cứu Phobos và những địa điểm ấy được đặt tên theo các nhân vật trong truyện Gulliver du ký của nhà văn Jonathan Swift.[19] Đỉnh núi duy nhất trên Phobos là đỉnh Kepler, được đặt tên theo nhà thiên văn học Johannes Kepler. Một số hố thiên thạch đã được đặt tên.[20]

Tên hố	Đặt tên theo	Tọa độ
Clustril	Nhân vật trong Gulliver du ký	60°B 91°T / 60°B 91°T / 60; -91 (Clustril)
D'Arrest	Heinrich Louis d'Arrest, nhà thiên văn học	39°N 179°T / 39°N 179°T / -39; -179 (D'Arrest)
Drunlo	Nhân vật trong Gulliver du ký	36°30′B 92°00′T / 36,5°B 92°T / 36.5; -92 (Drunlo)
Flimnap	Nhân vật trong Gulliver du ký	60°B 350°T / 60°B 350°T / 60; -350 (Flimnap)
Grildrig	Nhân vật trong Gulliver du ký	81°B 195°T / 81°B 195°T / 81; -195 (Grildrig)
Gulliver	Nhân vật chính trong Gulliver du ký	62°B 163°T / 62°B 163°T / 62; -163 (Gulliver)
Hall	Asaph Hall, người phát hiện ra Phobos	80°N 210°T / 80°N 210°T / -80; -210 (Hall)
Limtoc	Nhân vật trong Gulliver du ký	11°N 54°T / 11°N 54°T / -11; -54 (Limtoc)
Reldresal	Nhân vật trong Gulliver du ký	41°B 39°T / 41°B 39°T / 41; -39 (Reldresal)
Roche	Édouard Roche, nhà thiên văn học	53°B 183°T / 53°B 183°T / 53; -183 (Roche)
Sharpless	Bevan Sharpless, nhà thiên văn học	27°30′N 154°00′T / 27,5°N 154°T / -27.5; -154 (Sharpless)
Skyresh	Nhân vật trong Gulliver du ký	52°30′B 320°00′T / 52,5°B 320°T / 52.5; -320 (Skyresh)
Stickney	Angeline Stickney, vợ của Asaph Hall	1°B 49°T / 1°B 49°T / 1; -49 (Stickney)
Todd	David Peck Todd, nhà thiên văn học	9°N 153°T / 9°N 153°T / -9; -153 (Todd)
Wendell	Oliver Wendell, nhà thiên văn học	1°N 132°T / 1°N 132°T / -1; -132 (Wendell)