در سال ۱۸۷۷ میلادی، هنگامی که شیپارلی به دقت در حال ترسیم کانال ها بر روی نقشه هایش بود. یک ستاره شناس آمریکایی به نام آساف هال نیز در حال مشاهده مریخ بود. او از نوعی تلسکوپ انعکاسی جدید ۶۶ سانتی متری، واقع در رصدخانه نیروی دریایی ایالات متحده در شهر واشنگتن استفاده کرد. ستاره شناس، سالها به دنبال قمرهای مریخ بودند. یوهانس کپلر در قرن هفدهم میلادی اعلام کرده بود که مریخ باید دو قمر داشته باشد. او معتقد بود که در ورای منظومه شمسی، یک الگوی ریاضی نهفته است. طبق این الگو، تعداد قمرهای سیاراتی که پس از زمین قرار دارند، باید افزایش یابد؛ به این ترتیب که تعداد آنها هر دفعه باید دوبرابر شود. باتوجه به اینکه  زمین دارای یک قمر است و در زمان کپلر تصور می شد که سیاره مشتری چهار قمر دارد، بنابراین طبق ریاضیات حاکم بر این تئوری، مریخ باید دو قمر داشته باشد.

قمرهای جدید
آساف هال در ابتدای اوت ۱۸۷۷ میلادی مشاهدات طاقت فرسایی را برای یافتن اقمار مریخ آغاز کرد. در آن زمان، نزدیکی سیاره مشکلاتی ایجاد می کرد. مریخ آن قدر نزدیک بود که به هنگام مشاهده آن توسط تلسکوپ، درخشندگی قابل توجهش، اشکالی در دید ایجاد می کرد. هال در یازدهم اوت متقاعد شد که چیزی نمی تواند بیابد؛ ولی همسرش به او اصرار کرد که بار دیگر نگاه کند، بالاخره در آن شب، او متوجه چیزی شد. آن جرم آسمانی، خیلی کوچک بود؛ ولی قطعا وجود داشت. سپس آسمان ابری شد.
در شانزدهم اوت، آسمان دوباره صاف شد و هال توانست قمر را به وضوح مشاهده کند. در روز هفتم اوت، هال با پیدا کردن قمر دوم به هیجان آمد. به این ترتیب، نظریه دوبرابر شدن اقمار درست به نظر می رسید. دانشمندان همچنان تصور می کردند که سیاره مشتری دارای چهار قمر و سیاره زحل دارای هشت قمر است. اما آنها در سال ۱۸۹۲ میلادی قمر پنجم مشتری و در سال ۱۸۹۸ میلادی قمر نهم سیاره زحل را کشف کردند. به این ترتیب، نظریه کپلر برای همیشه منسوخ شد.

ترس و وحشت
آساف هال، اقمار مریخ را به صورت نقاطی نورانی و متحرک مشاهده کرد ولی تصاویری که در سال ۱۹۶۹ میلادی توسط فضاپیمای مارینر و وایکینگ ارسال شد، نشان داد که اقمار دوقلوی مریخ، ظاهری بسیار ناهنجار و بی قاعده دارند. هال این اقمار را به افتخار اسبهای کالسکه خدای جنگ در افسانه یونان، فوبوس ( به معنای ترس) و دیموس( به معنای وحشت) نامید.
آساف هال نتوانست اندازه اقمار مریخ را تعیین کند. مشاهدات بعدی نشان داد که ابعاد قمر بزرگتر، یعنی فوبوس، تقریبا ۲۸×۲۳×۲۰ کیلومتر است. فوبوس خیلی به مریخ نزدیک است و در فاصله ۹۳۸۰ کیلومتری آن قرار دارد. نزدیکی زیاد باعث می شود که این قمر با سرعت زیاد حول مریخ بچرخد، به طوری که هر چرخش کامل آن، هفت ساعت و ۵۱ دقیقه طول می کشد.
دیموس هم مانند فوبوس دارای یک مدار دایره ای شکل است؛ ولی در فاصله ۲۳۵۰۰ کیلومتری مریخ قرار دارد. ابعاد و اندازه دیموس دقیقا برابر ۱۶×۱۲×۱۰ کیلومتر است و ۳۱ ساعت و پنج دقیقه طول می کشد تا یکبار به دور مریخ بچرخد. فوبوس و دیموس، هر دو تاریک اند و به خاطر وجود دهانه های آتشفشانی، شبیه شهاب سنگ های آبله گون اند. قطر بزرگ ترین دهانه آتشفشان در فوبوس هشت کیلومتر است. هال بعد از مرگ همسرش، این دهانه را استیکنی نامید.

جذب در فضا
فوبوس و دیموس، خیلی قدیمی اند. این امکان وجود دارد که دو قمر، همزمان با مریخ شکل گرفته باشندو در اثر تجمع همان ذرات فضایی که مریخ را به وجود آورده اند، پدید آمده باشند. البته دیدگاه دیگری نیز وجود دارد که بیشتر مورد تایید است. طبق این نظریه، اقمار مریخ، قطعات جدا شده از یک انفجار قدیمی  در نقطه ای از فضایند. این سیارک ها،پس از مدتی سرگرانی در فضا، جذب میدان گرانشی مریخ شده اند. برای آن که مریخ بتواند سرعت سیارک های عبوری را کم کند و آن ها را در مدار خود نگاه دارد، باید دارای جو بزرگتر و چگالی بیشتری نسبت به جو و چگالی کنونی باشد تا به صورت یک ترمز عمل کند. هم اکنون، هر دو قمر مریخ، به طور همزمان به دور سیاره گردش می کنند. قمرهای مریخ نیز همانند قمر زمین، همیشه از یک سمت خاص رو به مریخ اند.
جرم هر سیاره را می توان از روی تناوب های مداری و نیز فاصله سیاره از قمرها محاسبه کرد. به این ترتیب، ما به کمک فوبوس و دیموس دریافته ایم که جرم مریخ فقط ۱۱ درصد جرم زمین و حجم آن ۱۶ درصدحجم زمین است. این، بدان معناست که چگالی متوسط مریخ کمتر از زمین است؛ بنابراین بعید است که دارای یک هسته فلزی به بزرگی هسته فلزی زمین باشد.
فوبوس و دیموس تقریبا حول خط استوای مریخ در حال گردش اند. اگر فردی بر روی مریخ بایستد، نسبت به یک بیننده خارجی، شانس کمتری برای دیدن اقمار مریخ دارد؛ زیرا هر دو قمر به سیاره مریخ نسبتا نزدیک اند. یک ناظر مریخی برای دیدن دیموس نباید در موقعیتی بیش از ۸۲ درجه شمالی یا جنوبی خط استوا قرار بگیرد و برای دیدن فوبوس نباید نزدیک تر از ۶۹ درجه شمالی یا جنوبی باشد.