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當火衛二直接從太陽與火星表面某一點上方經過時，會發生從火星上看到的火衛二凌日現象，火星上的觀察者可看到太陽圓盤的一小部分被遮擋。在凌日期間，從火星上可看到如小黑點般快速穿過太陽表面的火衛二。
這一事件也被稱為火衛二日偏食，然而，由於火衛二的角直徑僅為從火星上所看到太陽角直徑的1/10左右，因此，更自然地將其稱為凌日。火衛二的角直徑僅為金星凌日期間從地球上所看到金星角直徑的2½倍。
由於火衛二繞火星的軌道周期相對快速，約為每圈30.3小時，所以，從火星上看到的火衛二凌日持續時間最多兩分鐘左右。
由於兩顆火星衛星以低傾角赤道軌道環繞火星運行，所以它們投射在火星表面的陰影顯示出緯度的季節性更替。在火星表面任何給定的地理位置，一個火星年中火衛一或火衛二的陰影在兩個時間段中穿過其緯度。在每個這樣的時段內，該地理位置上的觀察者看不到或只能看到一次火衛二凌日（而火衛一凌日卻約有六次）。
除春分和秋分的赤道外，陰影總是落在「冬季半球」上。因此，在火星南北半球的秋冬期間，火衛二的過境凌日總是發生在冬至點附近，且大致對稱。在赤道附近，它們則發生在春分和秋分點附近；離赤道越遠，離冬至則越近。
由於火衛二的軌道相對靠近火星，所以在北緯82.7度以北或南緯82.7度以南地區看不到火衛二，自然在這些地區也不會看到火衛二凌日現象。
2004年3月4日，機遇號火星車拍攝了一次凌日，而在2004年3月13日，勇氣號火星車也拍攝了一次凌日。在下面的圖像說明中，第一行顯示的是地球協調世界時，第二行顯示的則為火星當地太陽時。
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| 03:03:43 10:28:17 |
03:03:53 10:28:27 |
03:04:03 10:28:36 |
03:04:13 10:28:46 |
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| 00:04:27 13:54:11 |
00:04:37 13:54:20 |
00:04:47 13:54:30 |
00:04:57 13:54:40 |
00:05:07 13:54:50 |
00:05:17 13:54:59 |
00:05:27 13:55:09 |
00:05:37 13:55:19 |
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| 15:58:19 | 15:58:29 | 15:58:39 | 15:58:49 | 15:58:59 | 15:59:09 | 15:59:19 | 15:59:29 | 15:59:39 | 15:59:49 | 15:59:59 |
下表中的數據使用噴氣推進實驗室視界服務（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）生成，與上面系列照片報道的時間相比，有一兩分鐘時間的誤差，這可能是由於噴氣推進實驗室視界服務使用的星曆數據不精確所致；此外，噴氣推進實驗室視界數據還給出了當地真太陽時(apparent solar time)，而上面報告的時間可能是某種類型的平太陽時(mean solar time)，（因此，其中的一些誤差可能相當於火星上的均時差）。
注：以下數據只針對原始着陸點有效，由於漫遊車在地表的移動，實際觀察到的凌日參數可能略有不同。
未觀測到的凌日以斜體顯示。
| 從勇氣號漫遊車着陸點觀測的火衛二凌日 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 持續時間 地球協調世界時 |
持續時間 (火星本地時間) |
最小 角距離 |
火衛二 視直徑 |
太陽 視直徑 |
太陽 高度 |
| 2003年4月24日 03:05:36 |
10 12 59 | 888.8" | 151.0" | 1296.4" | 58.3° |
| 2003年4月25日 (10:22:29 – 10:24:25) |
16 39 46 – 16 41 39 | 248.4" | 139.6" | 1297.8" | 18.5° |
| 2004年3月13日 (00:05:06 – 00:06:35) |
13 56 12 – 13 57 39 | 458.6" | 150.6" | 1225.0" | 56.8° |
| 2005年3月9日 (15:54:16 – 15:56:14) |
14 49 07 – 14 51 02 | 261.4" | 147.6" | 1294.5" | 44.3° |
| 2006年1月26日 05:28:45 |
11 57 05 | 1509.5" | 153.4" | 1227.9" | 74.0° |
| 2007年1月22日 21:19:39 |
12 52 10 | 982.8" | 152.6" | 1291.6" | 67.8° |
| 2007年12月12日 18:10:49 |
16 26 33 | 850.0" | 140.9" | 1229.2" | 22.3° |
| 從機遇號漫遊車着陸點觀測的火衛二凌日 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 持續時間 地球協調世界時 |
持續時間 (火星本地時間) |
最小 角距離 |
火衛二 視直徑 |
太陽 視直徑 |
太陽 高度 |
| 2003年5月30日 (00:06:57 – 00:09:04) |
13 28 59 – 13 31 02 | 95.8" | 152.5" | 1306.3" | 67.3° |
| 2004年3月4日 (03:03:52 – 03:05:06) |
10 30 14 – 10 31 25 | 550.0" | 152.6" | 1233.6" | 67.6° |
| 2004年3月5日 10:21:52 |
16 58 21 | 1041.5" | 138.6" | 1232.3" | 15.4° |
| 2005年3月17日 05:28:44 |
11 28 40 | 1041.8" | 154.0" | 1303.0" | 81.6° |
| 2005年3月18日 (12:36:42 – 12:38:43) |
17 46 46 – 17 48 43 | 89.6" | 134.3" | 1304.4" | 3.0° |
| 2006年1月18日 (15:54:26 – 15:56:21) |
15 08 00 – 15 09 52 | 198.4" | 147.2" | 1235.3" | 42.7° |
| 2007年1月31日 18:15:01 |
16 02 28 | 824.8" | 143.2" | 1301.4" | 29.3° |
| 2007年12月3日 21:20:36 |
13 11 25 | 739.0" | 153.1" | 1238.0" | 72.1° |
2020 年，使用洞察號着陸器測量的太陽能電池陣列電流數據獲得了火衛二凌日的光變曲線[1]。光照下降約了0.9%（由於陰影外大氣塵埃的光散射，可能低於預測的1%幾何遮擋），凌日持續了116到124秒。
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