A substorm is a long-standing unsolved issue in solar-terrestrial physics. One of the big challenges is to explain reasonably the evolution of the morphological structure of the aurora associated with the substorm. The sudden appearance of a bright aurora and an auroral surge traveling westward (westward traveling surge, WTS) are noticeable features of the aurora during the substorm expansion phase. By using a global magnetohydrodynamics (MHD) simulation, we obtained the following results regarding the WTS. When the interplanetary magnetic field turns southward, a persistent dynamo appears in the cusp/mantle region, driving the two-cell magnetospheric convection. Then, the substorm growth phase begins. When magnetic reconnection takes place in the magnetotail, plasma is accelerated earthward in the plasma sheet, and accelerated toward the equatorial plane in the lobe. The second dynamo appears in the near-Earth region, which is closely associated with the generation of the field-aligned current (FAC) on the nightside. When the FAC reaches the ionosphere, the aurora becomes bright, and the onset of the expansion phase begins. In the ionosphere, the conductivity is intensified in the bright aurora due to the precipitation of accelerated electrons. The conductivity gradient gives rise to the overflow of the Hall current, which acts as the third dynamo. The overflow results in the accumulation of space charge, which causes a divergent electric field. The divergent electric field generates a thin, structured upward FAC adjacent to the bright aurora. The opposite process takes place on the opposite side of the bright aurora. In short, the upward FAC increases (appearance of aurora) at the leading edge of the surge, and decreases (disappearance of aurora) at the trailing edge of the surge. By repeating these processes, the surge seems to travel westward.
サブストームは、太陽地球系物理学における長年にわたる未解決問題である。大きな課題の一つは、サブストームに伴うオーロラの形態構造の進化を合理的に説明することである。明るいオーロラの突然の出現と、西向きに伝播するオーロラサージ（西進サージ、WTS）は、サブストームの爆発期におけるオーロラの顕著な特徴である。全球磁気流体力学（MHD）シミュレーションを用いることで、WTSに関して以下の結果を得た。惑星間磁場が南向きに転じると、カスプ／マントル領域に持続的なダイナモが出現し、二細胞型の磁気圏対流を駆動する。その後、サブストームの成長期が始まる。磁気圏尾部で磁気リコネクションが生じると、プラズマシート内でプラズマが地球向きに加速され、ローブ領域では赤道面に向かって加速される。第二のダイナモが近地球領域に出現し、これは夜側における磁力線電流（FAC）の生成と密接に関連している。FACが電離圏に到達すると、オーロラが明るくなり、爆発期の開始となる。電離圏では、加速された電子の降下により明るいオーロラ領域で電気伝導度が増大する。この伝導度勾配によりホール電流の超過が生じ、これが第三のダイナモとして機能する。この超過電流は空間電荷の蓄積をもたらし、発散電場を発生させる。この発散電場は、明るいオーロラに隣接して、上向きの薄いFACを生成する。逆の過程が明るいオーロラの反対側で生じる。要約すると、上向きFACはサージの前縁で増大し（オーロラの出現）、後縁で減少する（オーロラの消滅）。これらの過程が繰り返されることにより、サージは西向きに伝播しているように見える。