這兩顆原子彈是如何投下的呢？
據一些史料記載，8月9日凌晨3點49分，兩架B—29轟炸機和兩架偵察機從美國提尼安空軍基地的跑道上飛快地掠過，向轟炸飛去，當它們到達小倉上空時，天空中陰雲翻滾，用肉眼根本看不到目標，結果機長威內斯駕駛飛機，用了45分鐘時間在小倉上空來回飛了三次，最終決定放棄轟炸小倉而飛向第二目標長崎，長崎上空同樣是雲霧重重，但是這一次飛機是不可能帶著核彈返回的，於是臨時決定採用雷達轟炸，當飛機做好了投彈準備的時候，空中的雲霧突然散開了，天空中出現了一個清朗的大洞，轟炸員比漢透過這個大洞，看到了山谷中的一條跑道時，就果斷地把兩顆核彈投了下去……
事後美國戰略轟炸統計局估計，約有3.5萬人死亡，6萬人受傷。對於這次轟炸，美國方面一直保持沉默，沒有做過任何說明和解釋，只有格羅夫斯在事後聽到傷亡人數時說：“這個數字比我們原來估計的要少得多。”這就證明了美國方面原來估計的數字，是兩顆原子彈同時爆炸的死亡數字，而事實上只爆炸了一顆。
當時日本長崎的防空報告準確地記錄下了這一情況，日本長崎知事致防空總本部長官、九洲地方總監、西部軍管區參謀長的報告寫道：“本日10時50分B—29兩架，自熊本縣天草方向北進，經島原半島西部橘灣上空入侵長崎市上空，11時2分投下附有降落傘新型炸彈2個。”
許多人由此認為，原子彈是投下了，但它們落地之後的情況卻是許多人都沒有想得的：這兩顆原子彈中只爆炸了一顆。
由於爆炸的這顆原子彈，偏離目標約2000米，所以較之廣島被害程度極輕，很少發生死亡與倒塌房屋事情。另一顆未爆炸的原子彈，並沒有受到損害，接到報告後，日軍大本營立即派人將這顆沒有爆炸的原子彈嚴密看管起來。這可謂是天賜良機，日本雖然遭到了美國原子彈的轟炸，但同時也因禍得福，得到了一顆原子彈，如果條件可能，日本也可以造出自己的原子彈。可是日本成為戰敗國已成定局，而且帝國大學的原子加速器已遭到了美國飛機轟炸的破壞，要製造原子彈已不可能了。後來，日本人從關乎民族利益考慮，決定將原子彈交給蘇聯。
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