根据计划，美军将根据天气情况确定轰炸地点：京都、新泻、广岛、小仓，长崎是后来才加上去的。
广岛，与其在半个多世纪中拼命向世界表现的“和平之城”形象不同，当时是一座陆军之城。它是日本本土防卫军第二总军的司令部所在地，也是中国（日本地名，相当于中部地区）军管区所在地。在广岛市南面的宇品港，一代又一代的日本军队，在“爱好和平、反对战争”的市民夹道欢送下，登上运兵船，前往鸭绿江与清军作战，前往奉天与苏军作战，前去吞并朝鲜，前去占领中国东北，前往卢沟桥，前往哈尔滨平房，前往南京、武汉、平顶山、桂河大桥......广岛附近还有著名的吴海军基地，拥有日本第一流的海军造船厂。
长崎是日本最重要的造船基地之一。小仓则是日本北九州地区的兵器工业城市。其他备选目标：新潟也是兵器工业城，还是化学工业城。京都在前期的大轰炸中被美军故意遗忘，积累了大量从周边迁移过来的兵工厂和居民。东京则是日本政治、经济中心。
1945年8月6日早晨8时整，3架B-29美机又从高空进入广岛上空。这时很多广岛市民并未进入防空洞，而是在仰望美机。在此以前，B-29已连续数天飞临日本领空进行训练，但这一次的3架飞机中，有一架已经装上了一颗5吨重的原子弹。此时正奉命来轰炸广岛。
9点14分17秒，一架装载着原子弹的B-29(44-86292)上的视准仪对准了广岛一座桥的正中时，自动投弹装置被启动了。60秒种后，原子弹从打开的舱门落入空中。这时飞机作了一个155°的转弯，俯冲下来；一瞬间，飞行高度下降了300多米。这样做是为了尽量远离爆炸地点。45秒种后，原子弹在离地600米空中爆炸（具体地点为日本广岛相生桥以西100米的岛病院上空600米处），立即发出令人眼花目眩的强烈的白色闪光，广岛市中心上空随即发生震耳欲聋的大爆炸。顷刻之间，城市突然卷起巨大的蘑菇状烟云，接着便竖起几百根火柱，广岛市马上沦为焦热的火海。
1945年6月21日，美军攻陷冲绳。美军虽然胜利，但为期82天的战役造成了48000余人的损失（如加上非战斗减员，总伤亡人数超过7万人）。日本出动2550架次“神风”自杀飞机，击沉美国军舰26艘，伤164艘，受到重创的军舰甚至包括美国王牌航空母舰企业号。6月底。东京。日本军方制定了“在日本决战”的方针。经过塞班岛、硫黄岛、冲绳岛战役之后，日本军阀们底气倒足了。他们手上还掌握着几百万陆军，有所谓“一亿玉碎”的决心，准备打几年，打出个体面的结局。同样是经过塞班、硫黄、冲绳之战后，美国军方心里倒有点发毛。这几次战役全打胜了，但付出的代价之高，是他们始料不及的。照这个样子进攻日本本土，很难说会付出多大代价。在他们这时制定的计划中，战争要拖延下去，1946年春季以后才进攻日本主要岛屿本州。当然，他们认为，也有缩短战争的可能，他们还有一张牌没打出去，这就是“509小组”。这段时间以来，“509小组”与提尼安岛基地的其他B-29型轰炸机一样，参加对日本各城市的空袭。所不同的只是，他们还是每次只携带一颗炸弹，每次投弹都要求保持一定高度；与以前的训练课目一样，要求弹着点准确，并在视力范围内爆炸。经过实战，他们的这项技术已大为提高，并且熟悉了复杂气象条件下的飞行。这时，全组只有一个人知道为什么要反复演练这个动作，他就是带队的蒂贝斯上校。美国第一颗作战原子弹被分成四个部分，由三架飞机和一艘巡洋舰分别运到提尼安岛，并在这里被组装起来。它将由一架序号为82号的B-29型轰炸机投掷。据美国方面事后报道，在投掷原子弹之前的很短时间内，或是心理上的原因，或是什么其他原因，训练有素的“509小组”接二连三出事故，接连有4架B-29型轰炸机在起降过程中损坏或完全报废。
1945年8月5日，蒂贝斯上校召集“509小组”全体人员开会，这是一次交底会。他第一次宣布，“509小组”之所以训练10个月，是为了在日本投掷一颗炸弹，但它不是一颗普通炸弹，而是相当于两万吨TNT能量的原子弹。44-86292号B-29型轰炸机将由蒂贝斯上校担任正驾驶，原来的正驾驶罗伯特-刘易斯为副驾驶。机组人员中无一人了解原子弹的构造，技术专家柏森斯上校奉命随机飞行，一旦没有完成任务且被捕，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五架B-29型轰炸机，其中两架负责侦察，三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。8月6日凌晨2时40分，“509小组”准备起飞，82号机临时命名为“依诺阿盖依”号，这是蒂贝斯的母亲的名字。飞机滑出了跑道，升空。柏森斯上校爬入弹舱，打开原子弹的保险装置，装上引爆器。从装上引爆装置那一刻起，用丘吉尔事后的话来说，82号机上装了一个“愤怒的基督”，再过几个小时，他就要降临人世了。7时，天空一片晴朗。7时30分，为投弹做准备。因此可以确定把原子弹扔到哪儿了，广岛和长崎相距不远，前者在本州岛的西部，后者在九州岛西北。目标：广岛。7时35分，伴随“依诺阿盖依”号的两架“509小组”飞机迅速离开。8时正，“依诺阿盖依”号机组人员戴上了厚厚的墨镜，这是为了防止强光的伤眼睛。8时16分，原子弹被投出弹舱。这一天，全广岛的钟表都停止在8时16分。原子弹在离地面600米处爆炸。在闪光、声波和蘑菇状烟云之后，火海和浓烟笼罩了全城，在方圆14平方公里内有6万幢房屋被摧毁。
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