Déimos est un petit corps fortement irrégulier, avec des dimensions de 15×12×10 km² ; comme beaucoup d'objets de cette taille, Déimos possède une forme non-sphérique, n'étant pas suffisamment massif pour prendre une forme plus régulière. Il s'agit de l'un des plus petits satellites naturels d'une planète du système solaire, mais des satellites plus petits sont connus autour de Jupiter, Saturne ou Uranus. Par comparaison, Déimos est trois cents fois plus petit que la Lune, deux fois plus petit que l'autre satellite de Mars, Phobos.

La masse de Déimos est également faible : avec 2,384×1015 kg², il est 5 fois moins massif que Phobos et 32 millions de fois moins que la Lune. Sa masse volumique est de 2,2 g∙cm-³.

La gravité à la surface de Déimos est très faible (0,004 m∙s^-2) : un homme à sa surface aurait l'impression de ne peser que quelques grammes. Il possède une vitesse de libération de 22 km∙h^-1 (6 m∙s^-1), ce qui permettrait de se mettre en orbite simplement en courant (s'il était possible de courir à sa surface).

La surface de Déimos est très sombre (son albédo n'atteint que 0,07) et est d'une couleur noire rougeâtre. On peut discerner des taches claires qui serait causées par de fines particules éjectées lors des impacts de météorites. Sur les images prises par la sonde Viking 2 en 1977, la surface de Déimos semble recouverte par d'une épaisse couche de régolithe qui en efface les reliefs. Des observations menées par leradiotélescope d'Arecibo en 2005 semblent confirmer la nature de cette couche, ainsi que le très faible albédo du satellite, peut-être le plus faible mesuré dans le système solaire. La couche de régolithe pourrait atteindre 100 m de profondeur et serait causé par la pulvérisation de météorites sur sa surface. On ne retrouve pas cette abondance de régolithe sur Phobos où la poussière subit l'influence des forces de marées de Mars.

Toute la surface de Déimos n'est pas connue : seuls 60% ont été photographiés par des sondes spatiales.

Cratère

Si la densité de cratère est la même que sur Phobos, leurs reliefs sont moins marqués car ils sont partiellement comblés par le régolithe. Seuls deux cratères de Déimos ont été nommés : Swift et Voltaire5. Le plus grand mesure 3 km de diamètre, une taille conséquente pour un astre aussi petit.

Composition interne

Déimos est trop petit pour posséder une structure complexe, et il est un simple agrégat de matière. Possèdant une densité très faible, il pourrait être composé de roche et de glace3 ou être poreux6.

Sa couleur et sa densité sont proches de celles des astéroïdes de type "C" (chondrites carbonées) que l'on trouve dans la ceinture principale.

D'un demi grand axe de 23 460 km, son orbite est presque circulaire (son excentricité n'atteint que 0,0005) et faiblement inclinée par rapport à l'équateur de Mars (0,93°). Sa vitesse orbitale moyenne autour de Mars est de 4 900 km∙s^-1.

Situé légèrement au-delà de l'orbite synchrone de Mars (17 000 km), Déimos s'éloigne lentement de la planète.

Comme la Lune ou Phobos, il est en rotation synchrone, présentant toujours la même face à la planète. Sa période de rotation est donc exactement la même que sa période de révolution autour de Mars: 30 heures et 18 minutes.

Depuis la Terre

A cause de sa petite taille et de son faible albédo, il possède une magnitude apparente de 12,7. Son observation est donc très difficile pour un astronome amateur.

Depuis Mars

Vu depuis Mars Déimos possède un diamètre angulaire de 2,5'; semblable à celui d'une étoile. À la pleine lune, sa luminosité serait a peu près celle de Vénus vue de la Terre. A cause de la proximité et de la faible inclinaison de son orbite, un observateur doit se trouver entre -82° et +82° de latitude pour l'observer. Vu depuis la surface, il se lève à l'est et se couche à l'ouest. Comme la période de révolution de Déimos n'est que de six heures plus longue que la période de rotation de Mars, il lui faut 2 jours et 16 heures entre le moment ou il se lève sur l'horizon et le moment ou il se couche. Pendant cette période il présente deux fois de suite ses phases croissantes et décroissantes.

Transits

Déimos passe en moyenne deux fois par année martienne devant le Soleil quand il est observé depuis un point fixe de Mars6. A cause de sa petite taille, il ne peut pas provoquer une éclipse totale. Il apparait donc comme un petit point noir traversant le Soleil. Son diamètre angulaire est seulement 2,5 fois plus grand que celui d'un transit Venus observé de la Terre. Le transit de Déimos a été photographié par les deux rovers de la mission Mars Exploration Rover (MER), le 4 mars 2004 pour Opportunity et le 13 mars 2004 pour Spirit depuis le site du Cratère Gusev.

Découverte de Deimos

Déimos fut découvert par l'astronome américain Asaph Hall le 12 août 1877, à l'aide du nouveau télescope de 66 cm de l'observatoire naval des États-Unis. Hall découvrit également Phobos le 18 août 1877 ; à cette période, il recherchait délibérément d'éventuels satellites de Mars.

Exploration de Deimos

Aucune mission spatiale n'a été spécifiquement consacrée à Déimos. En revanche, plusieurs sondesdestinées à l'exploration de Mars ont été utilisées pour observer Déimos.

Les premières photographies spatiales de Déimos furent effectuées par la sonde américaine Mariner 9, en 1971. Cette observation ne faisait pas partie du programme initial : Mariner 9 était exclusivement destinée à observer la surface martienne. Lors de son insertion orbitale, celle-ci était masquée par une violente tempêtre de poussière ; la NASA décida de repousser les observations de Mars ; dans l'intervale, les deux lunes de la planète furent photographiées.

En octobre 1977, l'orbiteur de la sonde américaine Viking 2 s'approcha à plusieurs reprises de Déimos, jusqu'à 22 km de distance. Elle obtint des clichés d'une résolution supérieure à 1,5 mètre par pixel.

Le 10 juillet 2006, la sonde américaine Mars Global Surveyor photographia Déimos à une distance de 22 985 km, obtenant une image d'une résolution de 95 mètre par pixel.

Vinking 2 et Mars Global Surveyor sont les deux seules sondes à s'être approché de manière significative de Déimos ; en 2007, il n'existait aucun projet pour obtenir d'autres clichés détaillés de la surface du satellite.