1945年8月6日，美軍在廣島投下第一顆原子彈後，日本政府仍然拒絕接受《波茨坦公告》。盟軍雖然考慮過日本政府如果最終拒絕無條件投降的話，將進行代號為“沒落行動”的本土作戰計劃。但在萊特灣海戰後，盟軍體會到日軍神風特攻隊和“玉碎精神”的兇猛頑抗，並預測登陸日本本土的作戰將會是漫長且傷亡慘重的行動，因此認為有必要再作第二次核攻擊，以摧毀日軍抵抗的決心。圖為第二顆原子彈“胖子”被裝上轟炸機。
代號“胖子”的原子彈是至今為止歷史上第二次亦是最後一次對人類使用的核武器。它長10英尺八吋，直徑五英尺，重10,000磅。釋放的能量約相等於2.1萬公噸的TNT烈性炸藥，比投擲在廣島的首枚原子彈稍多。內爆式起爆的胖子原子彈使用了在自然界中極微量而通常不會在自然界中存在的鈈-239。圖為“胖子”在運輸過程中。
在廣島轟炸中，查爾斯•W•斯維尼少校曾駕駛偵察機輔助轟炸，在回到天寧島基地的當天晚上，就接到部隊司令，也就是廣島市原子彈爆炸的B-29“艾諾拉•蓋”機長保羅•提貝玆上校的命令：再次指揮第2次的核攻擊作戰計劃，小倉市為首要目標，若因其他因素無法攻擊，則轉向次要目標長崎市。圖為斯維尼少校及執行第二次攻擊任務的“博克斯卡號轟炸機”及機組成員。
在日本時間8月9日上午2時45分斯維尼少校駕駛B-29“博克斯卡”轟炸機離開提尼安島。上午9時44分到達小倉市原定的炸彈空投目標。但是天氣原因，高空轟炸人員迦米特•毗漢陸軍上尉無從確認目標位置，後來他們試圖利用較短的路徑再次尋找機會，耗時45分鐘失敗了3次。機體燃料所剩無幾，同時他們確認了日軍派出了10架零式戰機應戰，於是在上午10時30分離開小倉市上空，並轉向次要目標長崎市。圖為投彈前的長崎市區
在離開小倉市的20分鐘之後，上午10時50分許，B-29“博克斯卡”接近長崎市上空。在雲層縫隙中，機組人員發現了長崎市街道。他們隨即選定了以工業區作為瞄準目標，在9,000米的高空將原子彈“胖子”用手動操作投下。胖子沿著假想的拋物線落下，在大約1分鐘之後在距離長崎市內城區中心3,000米的別墅網球場503米的高空爆炸。圖為“胖子”爆炸後，蘑菇雲升起瞬間。
原子彈在浦上地區的中央爆炸，在該區造成嚴重的毀滅。圖為原子彈爆炸後的長崎浦上區，與圖4為同一區域。當時長崎市人口有240,000人，戰後估計死者149,000人，而建築物36%受到全面燒燬或破壞。
距離原爆點僅約500米的浦上天主堂，轟炸當天聚集參加聖母升天節慶祝彌撒的神父與信徒們，由於爆炸所伴隨的熱線、以及隨之而來塌陷崩解的瓦礫，所有人當場死亡。圖為遭破壞的長崎浦上天主堂。
圖為爆炸六週後拍攝的長崎市區圖。
B-29“博克斯卡”在完成任務並離開長崎市上空的時候還剩下大約1,000升的燃料，斯維尼少校經過計算得出，他不能夠飛行80公里—120公里的航程到沖繩。斯維尼少校將引擎關掉，以一面轉彎一面降落的方法節省燃料，於下午2時在沖繩縣讀谷機場緊急著陸，據說在他著陸後戰機只剩下26升的燃料。長崎再次被原子彈轟炸後，日本政府喪失抵抗意志，8月15日宣佈無條件投降。圖為長崎爆炸現場的倖存者。
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