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“埃诺拉·盖伊”号轰炸机完成轰炸任务后安全返回美军机场
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1945年7月26日，杜鲁门、丘吉尔和蒋介石联合发布了《波茨坦公告》，要求日本立即无条件投降，宣布盟军将占领日本，并向日本索取战争赔款，要求审判战犯，而且要求日本放弃所有的海外领地。如果日本不接受这份最后的通牒，盟军将立即对日本进行毁灭性的打击。
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这并非空洞的威胁。就在公告发布的7月26号，“印第安纳波利斯”号重型巡洋舰将原子弹“小男孩”运抵提尼安岛，第3颗原子弹“胖子”的第一批部件也在空运的途中。
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面对《波茨坦公告》，日本外相重光葵认为，要日本接受盟军占领和放弃所有领地，要求过于苛刻。他主张派日本驻苏联大使说服苏联，使其在英、美、中三国和日本之间斡旋，等待结果。首相铃木贯太郎也同意此种做法。然而日本军方却强烈要求政府立即拒绝这份最后通牒。铃木首相迫于军方的压力，只得召开新闻发布会宣布日本拒绝接受《波茨坦公告》。
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核袭广岛
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铃木首相拒绝《波茨坦公告》后，仍然指望着斯大林的帮助，希望斯大林提出某种和平创议，来结束来自天空的毁灭性袭击。而此时苏联已经准备出兵中国东北，自然不会帮日本的忙。这种局势下美国决心使用原子弹，史汀生于7月30日发电报给罗斯福总统，要求最后批准第一次投弹目标和原子弹爆炸后美国对此发表宣言的措辞。杜鲁门总统回电：“来件批准。准备就绪后发出，但不得早于8月2日。”这一天杜鲁门总统将乘重型巡洋舰“奥古斯塔”号回国。
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8月2日以后只要气象条件允许，美军就可以在日本投放原子弹了。在提尼安岛基地，82号B-29轰炸机由蒂贝茨上校担任正驾驶，原来的正驾驶罗伯特·刘易斯为副驾驶。技术专家威廉·柏森斯上校奉命随机飞行，一旦任务失败被捕，柏森斯应立即自尽。原子弹被装上82号机。随82号机一同行动的还有5架B-29轰炸机，其中两架负责侦察，3架随时报告天气情况，然后根据天气情况确定轰炸地点：广岛、长崎或小仓当中的一个城市。8月2日和以后的3天气候恶劣。8月6日凌晨，509大队准备起飞。82号机临时命名为“埃诺拉·盖伊”号，用的是蒂贝茨母亲的名字。3架先遣气象侦察机先从提尼安岛基地升空，分别飞抵广岛、小仓、长崎上空，报告气候情况。
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8月6日凌晨2时45分，在提尼安岛机场的跑道上，“埃诺拉·盖伊”号开始了它的新征程。这架B-29飞机经改装减轻了2700多公斤的重量，拆除了所有的回转炮架、武器和不必要的东西，它现在看上去就像一个大金属管。在它的弹舱中，“小男孩”蓝色的铁皮上，涂着给天皇的粗鲁字句和女电影明星丽塔·海沃思的照片。当“埃诺拉·盖伊”升上夜空时，随行的技术专家柏森斯上校爬进弹舱，打开原子弹的保险装置，装上引爆器。在两架B-29的护航下，飞机以每小时300千米的速度飞行。在无线电静默的情况下，“埃诺拉·盖伊”悄无声息地飞抵硫磺岛的上空，并继续向西北方向飞行。
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7时，一片晴好的天气。7时30分，开始为投弹做准备，确定原子弹的投放位置。7时42分，来自广岛的气象侦察机发出在广岛投放原子弹的建议。8时5分，“埃诺拉·盖伊”号飞到了9387米的高度。蒂贝茨俯瞰着下面的城市，这个即将面对死亡，现在却万分平静的城市。这时他找到了瞄准点——位于城市中心的T字形相生桥。在7点9分的时候广岛的日军第2军总司令部发出过警报，但随着美军侦察机离去，7点30分时已经解除警报。这时候广岛市里车来人往，没有人注意到美国的轰炸机就在头顶。
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长崎遭到原子弹袭击后，城市变成了废墟，一座寺院只剩下瓦砾堆和孤零零的佛像。
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“戴上眼镜！”蒂贝茨下令让大家戴上了护目镜。8点14分，“埃诺拉·盖伊”号已经到达了瞄准点的上空。投弹手把轰炸瞄准器的十字标线固定在桥上。8时15分16秒，炸弹舱的门被打开了，“小男孩”徐徐落下，微微震动了一下之后，便加快了下降的速度，到550米高度时，大气压装置触发了导爆机构。就在这千分之一秒的刹那间，一道强光爆发成了一个巨大的火球。随后巨大的蘑菇云直冲云霄，喧嚣的城市就在这个瞬间归于死寂。此情此景，死亡的力量震撼了每一个人。“埃诺拉·盖伊”号的工作人员无一不感叹、震惊。这时候蒂贝茨驾驶着飞机以强力俯冲从扔弹区向右转过去，几分钟后就返航了。
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“在蘑菇状烟云下面的情景，使我想起一壶正在沸滚的沥青，我再也想不出更恰当的譬喻来形容它。下面是一片黑色沸滚的东西，上面带着一层蒸汽烟雾。”蒂贝茨后来写道。不知他当时有没有想到这一颗原子弹将会带来多大的灾难。
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“突然一道刺眼的带白色的粉红色光出现在天空，伴随着一种奇异的震动，几乎立刻出现一股令人窒息的热浪和风，把一切都卷走了。”一个观察者写下了这样一句话。原子弹的力量是恐怖的，它造成的火球的热度比太阳表面的热度还要高8倍。火球落下融化了岩石，把原本鲜活的生命化为虚无，只在地面上留下了一些残存物。原子弹的火光和冲击波就在刹那之间夷平了广岛的中心。在接下来的几秒钟之内，广岛市里数以千计的行人都被带着烈焰的气浪烧焦了。有的人立刻被烧死了，生命结束得迅疾而狼狈。更有许多人虽然没有过快地结束生命，却承受着更大的痛苦，他们因烈焰的烧伤而悲惨地哀号着。所有的一切一旦遇到爆炸气浪都被毁灭，残片被卷到空中。
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一位日本记者的报道记录下了广岛在原子弹爆炸后的情况：“在不留下任何生机的绝对死亡地区以外，房屋在砖瓦、屋梁飞舞中倒坍。离爆炸中心约5千米的地方，轻型房屋都被夷平，仿佛都是纸板所造。在房子里的那些人要么死亡；或者由于某种奇迹得以幸免，但也被火焰包围；少数挣扎着到达平安之地的，由于后来厉害的伽马射线的作用，一般都在约20天以后死亡。”
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1945年8月9日长崎原子弹爆炸后升腾起的蘑菇云
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原子弹爆炸半小时后，广岛原本晴朗的天空开始下起了蒙蒙小雨，黑色的、具有强烈放射性的雨点似乎要将那些严重烧伤，尚在恐惧中的人们全部消灭。那天广岛大约有32.8万人，其中有20万人在5年之内死于原子弹的影响。广岛三分之二的建筑都被原子弹摧毁。日本受到了来自美国的一次惊人教训，这次爆炸估计等于2万吨TNT。
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蒂贝茨上校将“埃诺拉·盖伊”号驶回了提尼安岛基地，并在北机场着陆，任务圆满完成。陆军战略航空队司令斯帕茨上将授予了蒂贝茨“优异服役十字勋章”。
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杜鲁门接到“广岛被炸”的电文，次日凌晨发表声明说明“这是一枚原子弹”，并敦促日本投降。白宫的文稿宣称：“它驾驭的是宇宙间的基本力量。我们把它释放出来对付那些在远东发动战争的人。”
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之后，美国继续通过各种途径督促日本尽快无条件投降，声称如果日本不答应，则将继续使用炸弹和更多的超级武器来攻击日本，以尽早结束战争。8月7日和8日，美军派遣了更多的轰炸机，对日本城市进行袭击，然而让人惊愕的是日本仍然没有投降的表示。
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核袭长崎
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面对日本受到核袭击后的静默，美国决定再一次实施对日本的原子弹投放。此次投放的原子弹为“胖子”。它的核裂变材料采用的是钚，威力是“小男孩”的2倍。这颗原子弹采用复杂的“内爆法”引爆系统，这种引爆系统不能在空中安装，所以接受此次任务的斯韦尼上校必须驾驶着“博克之车”号B-29轰炸机载着安装好引爆系统的“活钚弹”起飞，这就增加了此次行动的危险性和未知事件发生的可能性。万一飞机发生事故，整个提尼安岛就瞬间在这个世界上消失。为了降低意外发生的几率，斯韦尼上校驾驶“博克之车”号在8月8日的上午进行了一次模拟演习。一个小时的演习得到了专家的认可，成功的演习也让大家紧张的心情趋于平静。
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8月9日2点56分，提尼安岛基地拉开了新一次核袭击的序幕。斯韦尼上校驾驶着载有完全处于战备状态的美国第二枚核武器“胖子”的“博克之车”号B-29轰炸机，缓缓启动，冲过跑道，飞向了高空。由博克驾驶的侦察机紧随其后，向着日本出发了。